中古 テクトロニクス Tektronix ファンクションジェネレータ AFG3022

ファンクションジェネレータの主な特徴

ファンクションジェネレータは、電子回路のテストや実験において目的の電気信号を作り出すための計測機器です。一般的な信号発生器と比較して、多種多様な波形を自在に出力できる点に大きな特徴があります。

まず挙げられる特徴は、出力できる波形の豊富さです。基本的な正弦波（サイン波）をはじめ、矩形波（スクエア波）、三角波、のこぎり波、パルス波など、用途に応じた様々な波形を1台で発生させることができます。最新のデジタル型機器では、任意の波形を描画して出力する任意波形発生機能（ARB機能）を備えたモデルも一般的です。

次に、出力パラメータの柔軟な設定が可能です。周波数、振幅（電圧）、DCオフセット（直流成分の重畳）、デューティ比などを細かく調整できます。また、周波数を時間とともに連続して変化させるスウィープ機能や、特定の周期だけ波形を出力するバースト機能、各種変調（AM、FM、PMなど）機能も搭載されており、複雑な動作環境を疑似的に再現することができます。

さらに、近年のモデルはデジタル制御による高い周波数精度と安定性を備えています。2つのチャンネルを独立して制御できるマルチチャンネルモデルも多く、複数の信号処理回路の同期試験などにも容易に対応可能です。

ファンクションジェネレータの仕組みと原理

ファンクションジェネレータが様々な波形を正確に発生させる背景には、特有の回路構造とデジタル技術が存在します。かつてはアナログ回路による発振が主流でしたが、現在の主流はDDS（Direct Digital Synthesis：直接デジタル合成）方式と呼ばれる技術です。

DDS方式による波形発生は、主に以下のプロセスで行われます。

1. クロック発生器と位相加算器
基準となる安定したクロック信号をもとに、位相加算器（フェーズ・アキュムレータ）が設定された周波数に応じた位相データをデジタル値として連続的に計算します。

2. 波形メモリ（ルックアップテーブル）
計算された位相データは、あらかじめ波形の1周期分の振幅データが記憶された波形メモリに送られます。位相に応じた数値が即座に読み出されることで、目的の波形データの数値列が生成されます。

3. DAコンバータ（DAC）
読み出されたデジタルの振幅データを、DAコンバータによってアナログの電圧信号（階段状の波形）へと変換します。

4. ローパスフィルタ（LPF）
DAコンバータから出力された信号には、デジタル変換に由来する高周波ノイズが含まれています。これをローパスフィルタに通すことでスムーズな連続波形へと整え、目的のアナログ信号として最終出力します。

このDDS方式の採用により、アナログ方式では困難だった超低周波数から高周波数までの安定した出力や、一瞬での周波数切り替え、極めて高い波形再現性が実現されています。

ファンクションジェネレータの主な用途

ファンクションジェネレータは、電子機器の開発、評価、保守、教育など、電気・電子が関わるあらゆる現場で不可欠なツールとして幅広く活用されています。

主な用途の一つが「電子回路の研究・開発および動作確認」です。増幅回路（アンプ）やフィルタ回路に対して正弦波や矩形波を入力し、出力側の波形歪みや周波数特性、応答速度などをオシロスコープと組み合わせて計測します。設計通りの性能が出ているかを検証するために欠かせません。

「各種センサや入力信号のシミュレーション」としても頻繁に使用されます。例えば、自動車のECU（電子制御装置）の開発において、エンジン回転数センサや車速センサが出力する信号を模擬的に発生させ、ECUが正しく反応するかをテストします。医療機器の開発では、心電図のような生体信号を擬似的に作り出して機器の動作確認を行います。

「生産ラインにおける製品検査」でも重要な役割を果たします。製造された電子基板や機器に検査用の規定信号を入力し、正常に機能するかどうかを自動判定するシステム（ATE）の信号源として組み込まれます。

その他にも、大学や専門学校などの「教育・実習用途」において、波形の性質や電気回路の挙動を視覚的・体験的に学ぶための標準教材として広く普及しています。